为何全球芯片荒（芯片荒）

为何全球芯片荒（芯片荒）备注：此排名仅统计公开财报之前的十大厂商；博通仅计入半导体部门营收，高通仅计算QCT部门营收，NVIDIA扣除OEM/IP营收；单位：百万美元；Source：TrendForce，Mar.2021以下是2020年全球前十大IC设计公司营收排名（包含汽车和消费类芯片）。了解了芯片的定义和分类，你肯定又不禁发问，芯片究竟是如何一步步被制造出来的呢？且听我娓娓道来。芯片产业通常分为芯片设计、芯片制造、和封装测试三大领域。芯片设计是利用工具（EDA)，借助现有的资源（IP），加上新的构思和规划进行设计。EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化，常指代用于电子设计的软件。IP（Intelligent Property）代表着知识产权的意思，是指一种事先定义、经过验证的、可以重复使用，能完成特定功能的模块，IP是构成大规模集成电路的基础单元，SoC甚至可以说是基

说到芯片，应该是大家近年来都在关注并讨论的热门话题。日常生活中，华为麒麟芯片、高通骁龙芯片、苹果A系列芯片等手机芯片已为大众所熟知，在通讯和网络相关领域中，芯片起着至关重要的作用。而目前，全球都面临着“芯片荒”的严峻现状，那么所谓的芯片到底是什么呢？今天这篇文章就来为你详细解读！

芯片chip（半导体元件产品的统称）= 集成电路integrated circuit缩写作 IC =微电路（mICrocircuit）=微芯片（microchip）

芯片是一种将电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。下图是恩智浦NXP公司制造的一款完全集成RFCMOS 77GHz汽车雷达收发器TEF810X。

芯片的分类方法很多，依照性质可以分为模拟芯片和数字芯片，依照使用功能可以分为计算芯片，存储芯片，感知芯片，通信芯片和能源芯片等，依照不同应用场景可以分为消费级，工业级，汽车级，军工级。

了解了芯片的定义和分类，你肯定又不禁发问，芯片究竟是如何一步步被制造出来的呢？且听我娓娓道来。

芯片产业通常分为芯片设计、芯片制造、和封装测试三大领域。

• 芯片设计：

芯片设计是利用工具（EDA)，借助现有的资源（IP），加上新的构思和规划进行设计。EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化，常指代用于电子设计的软件。IP（Intelligent Property）代表着知识产权的意思，是指一种事先定义、经过验证的、可以重复使用，能完成特定功能的模块，IP是构成大规模集成电路的基础单元，SoC甚至可以说是基于IP核的复用技术。

以下是2020年全球前十大IC设计公司营收排名（包含汽车和消费类芯片）。

备注：此排名仅统计公开财报之前的十大厂商；博通仅计入半导体部门营收，高通仅计算QCT部门营收，NVIDIA扣除OEM/IP营收；单位：百万美元；Source：TrendForce，Mar.2021

如果相对开放的ARM被英伟达收购，芯片设计市场基本上就是美国的天下了。华为海思等国内的芯片设计公司将会面临更大的困难。在关键的芯片制造环节，中国台湾地区2020年在全球晶圆代工市场中的市场占有率高于60%，远超占比18%的第二名韩国，中国大陆占比6%，其中，中芯国际占比5%。

• 芯片制造和封装测试：

以下是芯片制造和封装测试工艺路线图。

芯片制造是目前集成电路产业门槛最高的行业。在芯片制造过程中，硅晶圆制造、光刻、蚀刻和沉积是关键工艺。光刻、蚀刻和沉积三大关键工序要用到三种关键设备，分别是光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备。高端EVU光刻机(用于制程≤7nm芯片光刻)的供应商ASML处于垄断地位，瓦森纳协定*不允许出口到中国大陆地区。封装测试是集成电路三大产业中的最后一个环节，技术含量相对最低，中国目前已基本具备产品封装与测试能力。

（备注：瓦森纳协定又称瓦森纳安排机制，是一种建立在自愿基础上的集团性出口控制机制。其根本目的在于通过成员国间的信息通报制度，提高常规武器和双用途物品及技术转让的透明度，以达到对常规武器和双用途物品及相关技术转让的监督和控制。）

目前12英寸（300mm）硅晶圆是芯片制造的主流材料，使用比例超过70%。全球主要的半导体硅晶圆供应商包括日本信越化学（Shin-Estu）、日本盛高（SUMCO）、德国Siltronic、韩国SK Siltron以及中国台湾地区的环球晶圆、合晶科技等公司。五大晶圆供货商的全球市占率达到了92%。2019年，上海新昇成为中国第一家量产12英寸（300mm）晶片的公司。

目前具备7nm芯片制造能力的公司仅剩下台积电（TSMC）、三星（SAMSUNG）、英特尔（Intel）和格罗方德（Global Foundries）四家。先进制程工艺的芯片主要应用于手机、平板和电脑等消费类电子，仅有少量的汽车芯片使用先进制程工艺。如三星和奥迪联合开发的Exynos Auto V9娱乐系统芯片采用8nm工艺；三星给特斯拉代工的FSD3.0采用14nm工艺；特斯拉下一代FSD4.0采用5nm工艺。

以下是典型芯片制造公司先进制程情况汇总。

传统汽车芯片厂商恩智浦（NXP）、瑞萨（Renesas）、英飞凌(Infineon)、德州仪器（TI）、意法半导体（ST）等生产制造的芯片都属于成熟制程（≥28nm），高端芯片均采用外包的形式。

以下是传统汽车芯片厂商汽车MCU对台积电制造依赖情况汇总。

伴随智能驾驶渗透率提升，全球芯片巨头纷纷进军汽车产业，推出具备AI计算能力的主控芯片，担当自动驾驶汽车的“大脑”功能。目前汽车芯片市场参与者分为传统汽车芯片厂商和消费芯片厂商。

根据目前中国集成电路产业现状估算出设计生产相关环节自主可控占比，由此可以看出中国在IC设计流程、封装（SiP）设计、产品封装和芯片测试环节的自主可控程度比较高，但很大程度上依赖进口设备；在刻蚀机、芯片工艺制程上有一定的自主可控性，而在EDA、IP、光刻机、硅晶元、光刻胶等环节自主可控的程度非常低，所以高端芯片很容易被“卡脖子”，因为高端芯片所用到的EDA、IP、光刻机、硅晶元、光刻胶几乎全部依赖进口。工艺制程上高端芯片同样也无法自主生产。

中国目前已具备成熟制程芯片制造能力，中芯国际可以批量生产≥14nm的芯片，上海微电子从2021年开始批量交付国产28纳米光刻机，8英寸和12英寸的硅晶圆也已具备国产化的能力。2020年，中国第一家闻泰科技12英寸车规级的芯片制造中心项目正式在上海“安家”。中国之所以未大规模投资制造汽车芯片，主要是因为汽车芯片市场规模小、投资回报率较低、周期长。

总而言之，芯片是一种将电路小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。从整个行业情况来看，芯片行业是一个高度集中的行业。在高端芯片的制造上，由于国内还缺少关键的光刻机和光刻胶等，高端芯片国产化仍然是一个漫长的过程；而就汽车芯片而言，由于其投资回报率不高，中国目前并不会量产成熟制程的汽车芯片。